DE2430291B2

DE2430291B2 - Winding capacitor

Info

Publication number: DE2430291B2
Application number: DE19742430291
Authority: DE
Inventors: Katsumi Ikeda Nishigaki; Kazushige Kawanishi Takashima; Terumasa Kobe Yamashita
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1974-06-24
Publication date: 1979-12-20
Also published as: DE2430291A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wickelkondensator aus einer beidseitig metallbeschichteten Polyäthylenterephthalatfolie und einer gemeinsam mit dieser übereinanderliegend aufgewickelten Polypropylenfolie.The invention relates to a wound capacitor made of a polyethylene terephthalate film which is metal-coated on both sides and a polypropylene film wound together with this one on top of the other.

Ein Kondensator dieser Art ist aus der US-PS 35 53 543 bekannt. Zumindest die Wickel von Kondensatoren dieser Art werden bereits vollautomatisch hergestellt. Die Kosten dieser Wickel und der aus ihnen hergestellten Kondensatoren werden daher entscheidend vom Materialverbrauch beeinflußt. Versuche zeigen, daß der bekannte Kondensator ein ungünstiges Verhältnis des Materialverbrauchs zur Leistung des Kondensators liefert.A capacitor of this type is known from US-PS 35 53 543. At least the winding of capacitors of this type are already produced fully automatically. The cost of these wraps and that made from them Manufactured capacitors are therefore decisively influenced by the material consumption. try show that the known capacitor has an unfavorable ratio of material consumption to the performance of the Capacitor supplies.

Zur Optimierung dieses Leistungsverhältnisses von Kondensatoren mit Mischdielektrikum ist aus der DE-OS 19 58 362 bekannt, die Feldstärken in den beiden Dielektrikumswerkstoffen unabhängig voneinander zu machen, indem sie nur durch die angelegte Spannung und die Schichtdicke bestimmt werden. Dadurch sei eine optimale Bemessung beider Dielektrika unabhängig voneinander gewährleistet. Diese Lehre ist zwar im Hinblick auf die einzelnen Dielektrikumsschichten zutreffend, führt jedoch, wie Versuche zeigen, nicht auch zu einer Optimierung des gesamten Kondensators, insbesondere zu keiner Optimierung des zuvor genannten Verhältnisses zwischen Materialpreis und elektrischer Leistung des Kondensators. Ein Hinweis darauf findet sich auch nicht in den DE-OS 21 51 438 und 22 56 268, die ebenfalls Wickelkondensatoren mit Mischdielektrikum zeigen.To optimize this power ratio of capacitors with mixed dielectric is from the DE-OS 19 58 362 known the field strengths in the two Make dielectric materials independent of each other by only changing them by the applied voltage and the layer thickness can be determined. As a result, an optimal dimensioning of both dielectrics is independent guaranteed from each other. This teaching is true with regard to the individual dielectric layers Applicable, but, as tests show, does not also lead to an optimization of the entire capacitor, in particular, no optimization of the aforementioned relationship between material price and electrical Power of the capacitor. A reference to this is not found in DE-OS 21 51 438 and 22 56 268, which also show wound capacitors with mixed dielectric.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator der eingangs genannten Art zu schaffen, der verbesserte Leistungskenndaten aufweist, und zwar bei gleicher elektrischer Leistung durch Materialersparnis billiger herstellbar ist.In view of this prior art, the invention is based on the object of a capacitor to create of the type mentioned, which has improved performance characteristics, with the same electrical power can be produced cheaper by saving material.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wickelkondensator der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Dicke der Polypropylenfolie 70 bis 90% der Dicke der Polyäthylenterephthalatfolie beträgt.To solve this problem, a wound capacitor of the type mentioned is proposed according to the invention is characterized in that the thickness of the polypropylene film is 70 to 90% of the thickness of the Polyethylene terephthalate film is.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Breite der Polypropylenfolie vorzugsweise um mindestens 1 mm schmaler als die Brei;eder Polyäthylenterephthalatfolie. According to a further development of the invention, the width of the polypropylene film is preferably at least 1 mm narrower than the pulp; eder polyethylene terephthalate film.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigtIn the following the invention with reference to the drawing using an exemplary embodiment explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Schichten eines Polyäthylenterephthalatfolien und Polypropylenfolien aufweisenden Kondensators im nicht aufgewickelten Zustand,Fig. 1 is a cross section through the layers of a polyethylene terephthalate film and polypropylene film having capacitor in the unwound State,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der relativen Feldstärke vor dem Durchschlag bei einem Kondensator mit dem in F i g. 1 aufgezeigten Aufbau als Funktion der relativen Dicke der Polyäthylenterephthalatfolie bezogen auf die Dicke der konstant gehaltenen Polypropylenfolie und2 shows a graph of the relative field strength before breakdown in a capacitor with the one shown in FIG. 1 shown structure as a function of the relative thickness of the polyethylene terephthalate film based on the thickness of the polypropylene film kept constant and

Fig.3 eine graphische Darstellung der relativen Feldstärke vor dem Durchschlag bei einem Kondensator mit dem in F i g. 1 aufgezeigien Aufbau als Funktion der relativen Dicke der Polypropylenfolie bezogen auf die Dicke der konstant gehaltenen Polyäthylenterephthalatfolie.
In F i g. 1 sind Kondensatorfolien eines Kondensators im nicht aufgewickelten Zustand dargestellt. Eine Polyäthylenterephthalatfolie 1 ist auf beiden Seiten metallisch beschichtet Vorzugsweise ist die Breite einer Polypropylenfolie 2 geringer als die Breite der Polyäthylenterephthalaifolie, und zwar insbesondere vorzugsweise um 1 mm oder mehr.3 shows a graph of the relative field strength before breakdown in the case of a capacitor with the one shown in FIG. 1 shown structure as a function of the relative thickness of the polypropylene film based on the thickness of the polyethylene terephthalate film, which is kept constant.
In Fig. 1 shows capacitor foils of a capacitor in the unwound state. A polyethylene terephthalate film 1 is metallically coated on both sides. Preferably, the width of a polypropylene film 2 is smaller than the width of the polyethylene terephthalate film, in particular preferably by 1 mm or more.

In dem in Fig. t gezeigten Kondensator ist der Polyäthylenterephthalatfilm beidseitig mit den Metallschichten der Beläge versehen. Diese Beschichtung wird vorzugsweise durch Aufsprühen von feinverteiltem geschmolzenem Metall erzeugt. Durch die relativ gute Wärmebeständigkeit der Polyäthylenterephthalatfolie kann diese Beschichtung vergleichsweise einfach und mit relativ hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden. Durch das gemeinsame Aufwickeln mit einer unbeschichteten Polypropylenfolie wird ein Wickelkondensator erhalten, der in einfacher und wirtschaftlicher Weise wie ein Polyäthylenterephthalatkondensator hergestellt werden kann und die elektrischen Kenndaten eines Polypropylenkondensators aufweist. Die Anzahl der zur Herstellung derartiger Kondensatoren erforderlichen Verfahrensschritte kann gegenüber dem bekannten Polypropylenkondensator wesentlich verringert werden.
Als Charakteristikum der dielektrischen Festigkeit der Folien wurde die Feldstärke vor dem Durchschlag gewählt (Grenzfeldstärke). Die Grenzfeldstärke ist jene Feldstärk", bei der auch nach sehr langer Zeit gerade noch kein Durchschlag eintritt. Für die Polyäthylenterephthalatfolie allein beträgt die Grenzfeldstärke 42 V/μιη, während sie für die Polypropylenfolie 76 ν/μπι beträgt.In the capacitor shown in FIG. T, the polyethylene terephthalate film is provided on both sides with the metal layers of the coverings. This coating is preferably produced by spraying on finely divided molten metal. Due to the relatively good heat resistance of the polyethylene terephthalate film, this coating can be carried out comparatively easily and with a relatively high degree of efficiency. By co-winding with an uncoated polypropylene film, a wound capacitor is obtained which can be produced in a simple and economical manner like a polyethylene terephthalate capacitor and has the electrical characteristics of a polypropylene capacitor. The number of process steps required to manufacture such capacitors can be significantly reduced compared to the known polypropylene capacitor.
The field strength before the breakdown was selected as a characteristic of the dielectric strength of the foils (limit field strength). The limit field strength is that field strength at which no breakdown occurs even after a very long time. For the polyethylene terephthalate film alone, the limit field strength is 42 V / μιη, while it is 76 ν / μπι for the polypropylene film.

In der Fig. 2 ist für Kondensatoren des in Fig. 1 gezeigten Aufbaus die Feldstärke der Polypropylenfolie, bis zu der der Kondensator noch durchschlagfest ist, relativ zur Grenzfeldstärke einer Polypropylenfolie allein als Funktion der relativen Dicke der Polyäthylenterephthalatfolie, bezogen auf die Dicke der konstant gehaltenen Polypropylenfolie, dargestellt. Die auf der Abszisse aufgetragene Dicke der Polyäthylenterephthalatfolie ist in Prozent der konstant gehaltenen Dicke der Polypropylenfolie angegeben. Die Figur zeigt, daß mit zunehmender Dicke der Polyäthylenterephthalatfolie die vorgenannte relative Feldstärke vor einem Durchschlag bis zu einem Grenzwert stetig zunimmt und dann angenähert konstant bleibt. Der Sättigungswert liegt bei einer Schichtdicke der Polyäthylenlerephthalatfolie von etwa 120% der Schichtdicke der Polypropylenfolie.In Fig. 2, for capacitors of the structure shown in Fig. 1, the field strength of the polypropylene film, up to which the capacitor is still dielectric strength, relative to the limit field strength of a polypropylene film solely as a function of the relative thickness of the polyethylene terephthalate film, based on the thickness of the constant held polypropylene film shown. The thickness of the polyethylene terephthalate film plotted on the abscissa is given as a percentage of the constant thickness of the polypropylene film. The figure shows that with increasing thickness of the polyethylene terephthalate film, the aforementioned relative field strength before a breakdown steadily increases up to a limit value and then remains approximately constant. The saturation value is at a layer thickness of the polyethylene terephthalate film of about 120% of the layer thickness of the polypropylene film.

In der Fig.3 ist die entsprechende Funktion mit vertauschtem Parameter aufgetragen. Auf der Ordinate ist für Kondensatoren des in Fig. I gezeigten Aufbaus die Feldstärke der Polyäthylenterephthalatfolie, bis zu der der Kondensator noch durchschlagfest ist, relativ zur Grenzfeldstärke einer PolyäthylenterephthalatfolieThe corresponding function is shown in FIG applied with reversed parameter. The ordinate is for capacitors of the structure shown in FIG the field strength of the polyethylene terephthalate film, up to which the capacitor is still dielectric strength, relative to the limit field strength of a polyethylene terephthalate film

allein aufgetragen, während auf der Abszisse die prozentuale Dicke der Polypropylenfolie, bezogen auf die Dicke der konstant gehaltenen Polyäthylenterephthalatfolie aufgetragen ist Ab einer Schichtdicke der Polypropylenfolie von etwa 70% der Dicke der Polyäthylenterephthalatfolie wird die zunächst angenähert lineare Zunahme der relativen Feldstärke vor einem Durchschlag zunehmend sublinear. Die relative Feldstärke der Polyäthylenterephthalatfolie bleibt bei einer Schichtdicke der Polypropylenfolie von über 90% der Schichtdicke der Polyäthylenterephthala'JoIie praktisch konstant und unabhängig von der Schichtdicke der Polypropylenfolie.applied alone, while on the abscissa the percentage thickness of the polypropylene film, based on the thickness of the polyethylene terephthalate film, which is kept constant, is applied from a layer thickness of the Polypropylene film of about 70% of the thickness of the polyethylene terephthalate film is initially approximated linear increase in the relative field strength before a breakdown increasingly sub-linear. The relative Field strength of the polyethylene terephthalate film remains with a layer thickness of the polypropylene film of over 90% the thickness of the polyethylene terephthala'JoIie practically constant and independent of the layer thickness of the polypropylene film.

Der angenähert linear ansteigende Ast der relativen Feldstärke der in F i g. 2 gezeigten Kurve kann durch den in der Polyäthyienterephthalatfolie erfolgenden Durchschlag erklärt werden. Der waagrecht verlaufende Kurvenabschnitt der in Fig. 2 gezeigten relativen Feldstärke liegt im Bereich des Durchschlags in der Polypropylenfolie.The approximately linearly increasing branch of the relative field strength of the in FIG. 2 curve can be through the carbon terephthalate film will be explained. The horizontal one Curve section of the relative field strength shown in FIG. 2 lies in the region of the breakdown in the Polypropylene film.

Entsprechend ist bei der in F i g. 3 gezeigten Kurve der lineare Anstieg offensichtlich auf den in der Polypropylenfolie erfolgenden Durchschlag und der horizontale Kurvenverlauf auf den in der Polyäthylenterephthalatfolie zurückzuführen.Correspondingly, in the case of the FIG. 3 curve shown the linear increase apparently due to the breakdown in the polypropylene film and the the horizontal course of the curve can be traced back to that in the polyethylene terephthalate film.

Aufgrund dieser Verhältnisse wird daher vorgeschlagen, die Schichtdicken der Polyäthylenterephthalatfolie und der Polypropylenfolie relativ zueinander so zu wählen, daß das prozentuale Verhältnis der Schi 'htdikken im Übergangsbereich vom linearen i, den jo horizontalen Ast der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Funktionen liegt. In diesem Bereich wird eine optimale Abstimmung der dielektrischen Eigenschaften beider Folien des Kondensators aufeinander erzielt.On the basis of these conditions, it is therefore proposed to adjust the layer thicknesses of the polyethylene terephthalate film and to choose the polypropylene film relative to one another so that the percentage ratio of the thicknesses in the transition area from the linear i, the jo horizontal branch shown in FIGS Functions lies. In this area, the dielectric properties of both are optimally matched Foils of the capacitor achieved on top of one another.

Weiter oben sind die Grenzfeldstärken der Polyäthy- ss lenterephihalatfolie und der Polypropylenfolie angegeben. Nach diesen Daien beträgt also die Grenzfeldstärke der Polyäthylenterephthaialfolif: lediglich 55% der Grenzfeldstärke der Polypropylenfolie. Der in Fig. 3 dargestellten Kurve ist jedoch zu entnehmen, daß im Kondensatorverbund dieser Wert über dem für die Einzelfolien gemessenen Verhältnis von 55% liegt. Diese Erscheinung kann wie folgt erklärt werden: Aufgrund des relativ hohen dielektrischen Verlustfaktors tan ό der Polyäthylenterephthalatfolie erwärmt sich der Kondensator unter Last. Dabei wird die Durchschlagfestigkeit der Polypropylenfolie stärker erniedrigt als die Durchschlagfestigkeit der Polyäthylenterephthalatfolie. The limit field strengths of the polyethylene lenterephthalate film and the polypropylene film are given above. According to these data, the limit field strength of the polyethylene terephthalate film is only 55% of the limit field strength of the polypropylene film. However, it can be seen from the curve shown in FIG. 3 that in the capacitor composite this value is above the ratio of 55% measured for the individual films. This phenomenon can be explained as follows: Due to the relatively high dielectric loss factor tan ό of the polyethylene terephthalate film, the capacitor heats up under load. The dielectric strength of the polypropylene film is lowered more than the dielectric strength of the polyethylene terephthalate film.

Aus den genannten Gründen beträgt die Dicke der Polypropylenfolie im Kondensator 70—90% der Dicke der Polyäthylenterephthalatfolie. Dadurch wird nicht nur eine optimale dielektrische Abstimmung im Kondensator erzielt, sondern ist auch ein Kriterim für die besonders wirtschaftliche Herstellung solcher Kondensatoren gegeben.For the reasons mentioned, the thickness of the polypropylene film in the capacitor is 70-90% of the thickness the polyethylene terephthalate film. This not only ensures optimal dielectric coordination in the Capacitor achieved, but is also a criterion for the particularly economical production of such Capacitors given.

Als besonders einfache und wirtschaftliche bevorzugte Ausführungsform des Kondensators wird die in Fig. 1 im Querschnitt quer zur Folienlängsrichtung dargestellte Bauweise bevorzugt. Die Polypropylenfolie 2 ist hier um mindestens 1 mm schmaler als die beschichtete Polyäthylenterephthaiatfolie 1. Die metallischen Beschichtungen auf den Oberflächen der Polyäthylenterephthalatfolie 1 lassen parallel zu je einer Kante der Folie einen Randstreifen der Folie frei. Die freien Randstreifen der Oberfolie und der Unterfolie verlaufen an gegeneinander gegenüberliegenden Kanten. Beim Aufwickeln gemeinsam mit der schmaleren Polypropylenfolie steht daher zu jeder Seite der Polypropylenfolie je eine der Beschichtungen der Polyäthylenterephthalatfolie über.As a particularly simple and economical preferred embodiment of the capacitor, the in 1 preferred construction shown in cross section transversely to the longitudinal direction of the film. The polypropylene film 2 here is at least 1 mm narrower than the coated polyethylene terephthalate film 1. The metallic ones Coatings on the surfaces of the polyethylene terephthalate film 1 leave parallel to one each Edge of the film free an edge strip of the film. The free edge strips of the upper film and the lower film run on mutually opposite edges. When winding up together with the narrower one Polypropylene film is therefore one of the coatings on each side of the polypropylene film Polyethylene terephthalate film over.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Winding capacitor made of a polyethylene terephthalate film and metal-coated on both sides a polypropylene film wound together with this one on top of the other, characterized in that that the thickness of the polypropylene film is 70 to 90% of the thickness of the polyethylene terephthalate film amounts to

2. Capacitor according to claim 1, characterized in that the width of the polypropylene film is at least 1 mm narrower than the width of the polyethylene terephthalate film.